Fachzeitschrift_OeGS_03_04_2019

Schweißbad und die Naht wird unregelmäßig. Der Einbrand
ist bei Massivdrahtelektroden typischerweise schmal und
tief mit der charakteristischen Fingerform. Bei Fülldrahtelektroden
dagegen lösen sich die Tropfen von der metallischen
Umhüllung und treffen auf einer viel größeren Projektionsfläche
mit einer gleichmäßigeren Energieverteilung
im Schmelzbad auf. Daraus ergibt sich ein gleichmäßiger
Einbrand und die Nahtflanken werden besser erfasst. Abweichungen
des Schweißbrenners haben keinen so großen
Einfluss und das Risiko von Bindefehlern ist geringer. Fülldrahtelektroden
erzeugen ein ruhigeres und flacheres
Schweißbad und nach der Erstarrung eine gleichmäßigere
und glattere Nahtoberfläche [13].
2.3. Entwicklung eines artgleichen Fülldrahtes zum
Schweißen von CB2
Parallel zur Grundwerkstoffentwicklung wurde mit der Entwicklung
von artgleichen Schweißzusätzen begonnen [14]
und in weiterer Folge auch ein artgleicher Fülldraht entwickelt.
Die chemische Zusammensetzung des reinen
Schweißgutes orientiert sich am Grundwerkstoff.
2.3.1. Chemische Analyse
Tabelle 2 zeigt die Richtanalyse des reinen Schweißgutes
unter Mischgas Ar+18 % CO 2
.Da sich Bor negativ auf die
Zähigkeit und die Heißrissanfälligkeit auswirkt wurde der
B-Gehalt im Vergleich zum Grundwerkstoff reduziert [15].
Durch die Zugabe von Nickel kann die Zähigkeit des Schweißgutes
bei Raumtemperatur erhöht werden. Diese Praxis ist
allerdings nicht unumstritten da Ni zur Absenkung der
Ac1-Temperatur beiträgt. Sollte während der Spannungsarmglühung
die A c1
-Temperatur überschritten werden, so
bildet sich in Abhängigkeit vom Mn+Ni-Gehalt entweder
spröder, nicht angelassener Martensit oder Ferrit [17]. Zudem
wirkt sich Ni negativ auf die Zeitstandfestigkeit des
Grundwerkstoffes P91 im Langzeitbereich aus [18].
Um den Einfluss von Ni auf die mechanischen Eigenschaften
des CB2 Fülldrahtschweißgutes zu ermitteln, wurden umfangreiche
Untersuchungen durchgeführt [19]. Durch die Erhöhung
des Ni-Gehaltes von 0,2 % auf 0,7 % sinkt die A c1
Temperatur
von 817°C auf 785°C, gemessen nach ASTM 1033-10. Da
die Temperatur beim Spannungsarmglühen von Gussteilen
gewöhnlich bei 730°C liegt, besteht auch bei höherem Ni-Gehalt
keine Gefahr, die Ac1-Temperatur zu überschreiten. Die
mittlere Korngröße ist bei 0,2 % Ni mit 50µm etwas höher
als bei 0,7 % Ni mit 40 µm. Die 0,2 % Dehngrenze liegt bei
höherem Ni-Gehalt geringfügig höher, auf die Zugfestigkeit
scheint Ni jedoch keinen signifikanten Einfluss zu haben.
Die Kerbschlagwerte bei Raumtemperatur steigen mit höherem
Ni-Gehalt vor allem bei längeren Glühzeiten. Die mechanischen
Gütewerte werden jedoch wesentlich stärker
von den Parametern der Wärmenachbehandlung beeinflusst
als vom Ni-Gehalt. Bei Proben mit niedrigerem Ni-Gehalt
verlängerte sich die Zeit bis zum Bruch bei Zeitstandversuchen
bis 6.500 h bei 625°C etwas. Simulationen der
Ausscheidungsentwicklung mit MatCalc zeigen geringfügige
Unterschiede zwischen den beiden Legierungen [20],
lassen jedoch keine eindeutige Aussage hinsichtlich der
Langzeiteigenschaften zu.
Da der Abfall der Zeitstandfestigkeit bei höherem Ni-Gehalt
in P91 auf erhöhte Vergröberungsneigung der Ausscheidungen
und Bildung von Z-Phase zurückgeführt wird [21] und
anzunehmen ist, dass dies analog auch für andere 9%
Cr-Stähle gilt, wurde auf eine Erhöhung des Ni-Gehaltes im
CB2 Fülldraht verzichtet.
2.3.2. Mechanische Gütewerte bei Raumtemperatur
Tabelle 3 zeigt die Richtwerte der mechanischen Gütewerte
des reinen Schweißgutes bei Raumtemperatur nach EN ISO
15792-1 unter Mischgas Ar+18 % CO 2
nach einer Wärmbehandlung
von 2 x 730°C/12 h.
Die mechanischen Gütewerte hängen allerdings nicht nur
vom Schutzgas und der Wärmebehandlung sondern auch
von den Schweißparametern und dem Lagenaufbau ab. Eine
Schweißparameterstudie am reinen Schweißgut zeigte geringen
Einfluss auf Dehngrenze und Zugfestigkeit, aber deutliche
Unterschiede bei Bruchdehnung und Kerbschlagarbeit
[22]. Bei geringerer Wärmeeinbringung und höherer Abkühlgeschwindigkeit
war der Anteil an Martensit im Gefüge
höher und der Anteil an Bainit geringer. Das führte zu einer
höheren Härte im Schweißzustand. Nach der Wärmebehandlung
von 730°C/24 h war der Unterschied in Härte und
Festigkeit gering, die Kerbschlagarbeit aber deutlich niedriger.
Bei geringer Streckenenergie von 0,65 kJ/mm und
niedriger t 8/5
Zeit von 7,1 s entstand sogar eine geringe
Menge an δ-Ferrit.
Mit den beiden Parameterkombinationen, die im reinen
Schweißgut deutlich über 40 J erzielten, wurden praxisnahe
Tests geschweißt (siehe Abbildung 8).
Bei Variante I - mit einer Zwischenlagentemperatur von
150°C, geringerem Drahtvorschub aber auch geringer
Schweißgeschwindigkeit – ergab sich im Vergleich zu Variante
II eine höhere Streckenenergie und raschere Abkühlung.
An jeweils zwei Positionen wurden Kerbschlagproben aus
C Mn Cr Mo Co Ni V Nb N B
0,1 0,9 9,2 1,5 1,0 0,2 0,2 0,05 0,02 0,006
Tabelle 2: Richtanalyse des
reinen Schweißgutes in
Gew.% [16]
R p0,2
R m
A 5
CVN@RT
610 MPa 780 MPa 20 % 30 J
Tabelle 3: Mechanische Eigenschaften des Fülldrahtschweißgutes
bei Raumtemperatur - PWHT: 2x730°C/12h (Richtwerte)
44 SCHWEISS- und PRÜFTECHNIK 03-04/2019